井下人员定位系统技术方案

井下人员定位系统技术方案1聚来井下人员定位系统技术方案1.1系统概述上海聚来射频电子技术有限公司基于第三代RFID技术研发的井下人员、设备定位跟踪系统是采用目前国际上最先进的BEST-RFID技术的井下定位系统。能够及时（无轮巡、无延时）、准确（无错码、无漏卡）地将井下各个区域人员及设备的动态情况反映到地面计算机系统，使管理人员能够随时掌握井下人员、设备的分布状况和每个矿工的运动轨迹，以便于进行更加合理的调度管理。当事故发生时，井下人员可以通过持有的定位卡片向地面机房求救，救援人员也可根据上海聚来井下人员及设备定位系统所提供的数据、图形，迅速了解有关人员的位置情况，及时采取相应的救援措施，提高应急救援工作的效率。第三代RFID技术---BESTRFID---又称卓越RFID。是从第一代RFID不能准确无误识别人员信息—--到第二代RFID只能单读头较准确识别，再到第三代BESTRFID---卓越RFID能网络化、多方向、多读头，（两个以上、单一子网即多可达上百个，整个网络可达上千个）同时准确识别人员定位信息的本质性飞跃。第三代RFID技术---BESTRFID，又称卓越RFID，应用0.13um芯片制造工艺，依靠世界顶尖的射频电子技术专家，整合国际上最领先的天线技术、光通信技术、工业以太网传输技术、数据库处理技术、计算机软件技术、地理信息系统技术、互联网技术、工程结构学技术、井下应急救灾技术等多学科的综合课题攻关，全面、完善、彻底地解决了井下人员定位系统中遇到的前两代RFID无法突破的技术瓶颈问题。前两代RFID技术虽然在一些应用中能解决单一读头识别，但当系统要求两个以上读头组成系统网络，用于识别人员信息和定位时，会出现人员信息、定位数据延时达10秒、10个以内读头数据延时就达30秒，10个以上读头，数据延时高达三、五分钟以上甚至十数分钟的不治之症。并且，多读头时数据传输较慢。因数据轮巡，各读头数据只能分批上传，造成井下人员的定位信息忽前忽后，定位轨迹上下乱窜。根本不能即时有效反应井下人员的位置信息。更突出的问题是，整套子系统读头数量不能超过30个，超过时就要增加通信箱，造成数据延时成倍增加，延时达五分种甚至十几分钟，井下30秒，人就可能移动一百米，五分种以上的人员定位信息，人员就更加无法确定去向。这样的系统根本就不再有人员定位价值。再者，严重的是，前两代系统不具有方向性，或方向性只能在两个读头间，单进单出。不能进行三、四、五、六分巷以及整个定位系统方向性判别。第三代BESTRFID不仅单一读头与卡片间能完美地达到超高速识别、超远距离识别、超低功耗、超大流量识别，而且较前两代RFID而言，BESTRFID真正实现了RFID技术的网络化应用和高速即时数据传输的、多读头（两个以上、单子网就多可达上百个）同时准确识别的难题，更重要的是识别数据甄别、上传不再有轮巡、延时。各读头之间都有方向性，都能有效判断方向性，而且井下、井上同一时间触发，一秒钟内上位机判别，没有延时。第三代BESTRFID同时也解决了前两代RFID技术感应距离短、防冲突能力差的致命弱点。多频段多频道碰撞性转移，杜绝了冲突的可能。其各项技术指标在同类产品中均处于行业领先地位，开创了真正的超远距离、真正网络化、高速移动条件下、超低功耗发射、真正即时传输的识别技术的新纪元。第三代BESTRFID，由上海聚来射频电子技术有限公司融合国际一流RFID技术专家、计算机软、硬件、网络专家、光通信专家、煤矿非煤矿抢险救灾搜救专家综合课题攻关的成果研发成功。上海聚来井下人员及设备定位系统是集井下人员考勤、跟踪定位、灾后急救、日常管理等一体的综合性运用系统。也是国内技术最先进、运行最稳定、设计最专业化的井下定位系统。这一科技成果的实现，将为煤矿企业的安全生产和日常管理上台阶以及事故急救带来了新的契机。1.2系统总体设计思路井下人员定位跟踪及考勤管理系统涉及计算机软件、数据库、电子电路、防爆本安电源、数字通讯、无线识别RFID技术、井下工业以太网、井下施工等方面。因此，在设计方案时，除了考虑其功能外，在稳定性、可靠性、抗干扰能力、容错能力及异常保护等方面也进行了充分考虑。项目方案确定利用现有成熟的高速工业以太网系统作为主传输平台，开发相应的井下人员跟踪定位基站、人员无线编码发射器等设备与系统挂接，通过井下人员跟踪定位基站及考勤管理专用软件与主系统以标准的专用数据库进行后台数据交换从而实现井下作业人员的跟踪定位和安全管理。系统总体设计主要体现在：实现煤矿井下作业人员进出的有效识别和监测监控，使管理系统充分体现人性化、信息化和高度自动化，实现数字矿山的目标。为煤矿管理人员提供人员进出限制、考勤作业、监测监控等多方面的管理信息，一旦发生安全事故，通过该系统可在事故现场10～30米范围内可立刻探测该作业面工作人员及其数量，保证抢险救灾和安全救护工作的高效运作。系统设计具备安全性、可扩容性、易维护性和易操作性。轻松联网，BS结构，轻松实现县、市、省及更广阔地域联网监控。1.3系统设计原理及依据1.3.1系统设计原理井下人员定位管理及搜救系统是由地面监控中心主计算机在系统软件支持下，通过数据传输接口和沿巷道铺设的通讯光/电缆，无间断、即时地对井下安装的无线数据采集器进行数据信息采集，无线数据采集器将自动采集有效识别距离内的标识卡的信息，并无间断、即时地通过传输网络将相关数据传送至地面中心站。数据信息经分析处理后，将井下人员（或机车等移动目标）动态分布在主计算机界面中得以实时反映，从而实现井下安全状态在井上数字化管理的目的。遵循统一发卡、统一装备、统一管理的原则，将标识卡视为上岗证或坑道准入证，按准许上岗人员实行一人一卡制。根据矿井监测需求，在井下坑道、峒室、作业面等地点安装无线数据采集器，并通过电缆/光纤数据传输接口相互连接为井下高速工业以太网，从而构成完整通讯线路。煤矿生产单位输入工作人员相关信息后，向下井工作人员颁发并装备标识卡。系统数据库记录该标识卡相对应人员的基本信息，包括姓名、年龄、性别、所属班组、所属工种、职务、本人照片、有效期等基本信息。进入坑道的工作人员必须随身携带标识卡，当持卡人员经过设置识别系统的地点时被系统识别。系统将读取该卡号信息，通过系统传输网络，将持卡人通过的路段、时间等资料传输到地面监控中心进行数据管理，并可同时在地理信息大屏幕墙上出现提示信息，显示通过人员的姓名。如果感应的无线标识卡号无效或进入限制通道，系统将自动报警，安全监控中心值班人员接到报警信号，立即执行相关安全工作管理程序。生产单位可根据生产计划，对该标识卡进行授权管理。授权范围包括：该员工可以准入的坑道或作业面。为防止无关人员和非法人员进入坑道或作业面，系统设置该卡准入坑道或作业面的时效管理模块及卡的失效、报失等。坑道一旦发生安全事故，监控中心在第一时间内可以知道被困人员的基本情况，救险队使用移动式远距离识别装置，在10-30米的范围内方便探测遇险人员的位置，便于（进行安全高效的救护、救助工作）救护工作的安全和高效运作，便于事故救助工作的开展。系统可自动生成考勤作业的统计与管理等方面的报表资料，提高管理效益。1.3.2系统设计依据（1）GA/T75《安全防范工程程序与要求》（2）MT209-1990《煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术要求》（3）国家安监总局《煤矿井下人员位置管理系统标准（建议）稿》1.4系统功能及特点1.4.1系统功能：20项卓越的功能特点，源自第三代BEST-RFID在井下人员定位跟踪系统的卓越性能发挥，确保了上海聚来井下人员定位跟踪系统与前两代系统相比较，堪称一个划时代的完善产品。1、精确时间定位整套系统控制流和数据流不用轮巡，上百读头数据刷新以毫秒来计算，在定位传感器（2-512个）网络有效覆盖范围内，上位机软件真正做到所见即所得，即时读取和上传人员位置信息，没有时间延时，真正做到定位时间精确到秒。2、精确空间定在读头有效识别距离间隔下，卡片在各读头间可实现精确区域定位。在读头依次排列下，读头间隔为最小定位精度，读头间隔10-2000米以上可调。3、整体系统任一读头都能有效识别方向每个读头和卡片都有方向识别信息，整套系统内的任一读头都有判别卡片多方向性运动的能力，在三、四、五、六以上多分支巷道处，各分支单一读头，就能准确判断方向，成倍降低安装成本。4、卡片标签低电压报警卡片电池使用时间可达五年以上，在长期使用后，电池将要耗尽时，可自动提示更换卡片电池，这一重要功能，根本杜绝了SUPER-RFID产品在使用一段时间后，逐渐大量出现坏卡（缺电），而因其系统本身没有自检功能，造成的用户还要重复投入相当的人力和设备进行考勤和卡片管理，使定位系统形同虚设的现象。BEST-RFID出现低电压提示后，电池仍能正常使用一月以上。5、系统杜绝第二代RFID产品不可避免的乱码现象，确保数据和卡片识别真正万无一失0.13um加CAN+内置协议的独特芯片集成创新技术，从本质上超越了第二代RFID技术的性能。从设计结构和技术协议上保证了BEST-RFID产品不会出现任何乱码现象。6、不轮巡，无延时：真正标准CAN技术+井下工业以太网平台，真正意义上及时井下人员动态显示系统从芯片设计起就定制为CAN+工业以太网结构，不论定位传感器有多少（2-512个）都不用系统轮巡，数据再没有延时。真正任一时间查询并显示井下某个地点的人数、分布情况及身份。查询一个或多个人员现在的井下实际位置、活动轨迹。有实际意义（精确到秒，而不是数分钟以上的轮巡）的记录有关人员在任一地点的到/离时间和总工作时间等一系列信息，可以督促和落实重要巡查人员（如：瓦斯检测人员）是否按时、到点的进行实地查看，或进行各项数据的检测和处理，从根本上尽量杜绝因人为因素而造成的相关事故。7、光纤、电缆传输方式自由选择依照井下实际情况和客户要求，可自由选择CAN和TCP/IP接口协议，搭入已建或在建、新建光纤井下以太网或电缆直铺方式。8、真正即时准确、丰富的人员下井考勤能力可精确到毫秒级的对出入井人员进行统计，实现下井人员考勤记录，建立并打印人员出入井的各种信息报表（如：下井时间报表、出勤月报表、加班报表、缺勤报表等等），方便管理人员的查询与管理。9、可靠、有效的紧急呼救能力每张定位卡片上自带专门设计、被《中华人民共和国专利法》-功能型专利保护的紧急呼救装置。当井下人员遇险时，持卡人员方便有效地向地面机房、搜救人员呼救。监控机房可第一时间根据呼救报警，结合有效手段，对井下求救和灾害信息进行辨别处置，必要时向井下发出广播信息。搜救人员使用手持探测设备可以查找遇险人员。11、可选井下小区广播，即时对特定或矿山范围内的紧急情况进行通知在监控机房和管理人员对井下紧急情况进行有效判别后，可以通能过系统的小区广播选件对井下特定范围或全部进行广播通知。有效告知和疏散井下人员。12、真正井下无卡人员禁入功能无持卡人员的定位和管理，是实施井下人员位置管理后的一个难点。上海聚来设计有专用的无卡人员禁入传感器和禁入装置，做为系统的可选择设备，起到百密无一疏的管理效能。13、大容量、超高超识别技术单一读头同时可识别8000张以上卡片，远远超出第二代RFID技术的200张的极限。14、卡片安装自如方便，不受使用位置的限制根据客户需要，提供各种安装方式，帽卡、胸卡、腰卡、矿帽、矿灯电池上，准确无误识别，确保根据管理需要自如安装，不受第二代的产品只能装在矿帽上、在腰部就加大发射功率对使用人体造成职业损害的缺陷限制，。15、信息多点共享系统中心站及网络终端可以局域网方式联网运行，使网上所有终端在使用权限范围内实现信息多点共享，供多个矿井各部门及领导同时在不同地点共享监测信息、系统综合分析信息、查询各类数据报表。16、丰富的地图功能具有放大、缩小、移动、标尺测距、视野控制、中心移动、土层控制、地图打印等功能，支持多种图形格式。鼠标和键盘均可操作，全面支持实时多任务。17、禁区或设备故障报警功能对于指定的禁区，如果有非授权人员进入，实时声音报警，并显示进入禁区的人数及身份